كيف تعمل الطاقة الشمسية لتسخين الماء

كيف تعمل الطاقة الشمسية لتسخين الماء؟ وما مميزات الطاقة الشمسية؟ فقد أصبحت من أكثر الطاقات التي تُستخدم في عدة تقنيات، وقد كان يتم الاستفادة منها قديمًا في الكثير من المجالات، وحتى وقتنا هذا ما زلنا نلجأ إليها في عدة أعمال منها تسخين الماء، ومن خلال موقع سوبر بابا نعرض لكم كيفية إتمام تلك العملية.

كيف تعمل الطاقة الشمسية لتسخين الماء

يلجأ الكثير من الأشخاص إلى الخلية الشمسية في تسخين الماء بدلًا من استخدام المُسخن الكهربائي، ناتج ما حدث من ارتفاع في فواتير الكهرباء المدفوعة؛ مما جعل الأهالي غير قادرين على سدادها، فالاعتماد على طاقات الطبيعة أصبح هو الحل الأمثل.

حيث أصبحت عملية تسخين الماء بالطاقة الشمسية من أكثر العمليات المنتشرة في المنازل، والتي تقوم بسد حاجة المنزل لما يتراوح ما بين 10 ـ 90% من الاحتياج اليومي للمياه الساخنة بداخله.

ذلك يعتمد على عملية الامتصاص التي تحدث للحرارة من ضوء الشمس مع نقلها إلى المياه التي توجد في النظام، وتقوم أشعة الشمس بتسخين المياه المتدفقة داخل جامع الحرارة.

تتم عملية نقل الحرارة وقيامها بتسخين المياه الموجودة في السخّان بطريقتين مختلفتين، ومن خلال النقاط التالية نوضح كل طريقة منهما على حدة:

الطريقة الأولى: يتم بها تسخين المياه في جامع الأشعة ليتم نقلها للمبادل الحراري الموجود بشكل ثابت داخل السخان، وبه يتم تمرير المياه الساخنة بداخله لتنقل الحرارة إلى الباردة منها والموجودة داخل السخان.
الطريقة الثانية: يُسخن بها الماء داخل جامع الأشعة، ليتم نقلها ووضعها في الخزان بشكل مباشر، ويعتمدون في تلك الطريقة على القوانين الفيزيائية بعملية صعود الماء الساخن إلى الأعلى ويظل الماء البارد في الأسفل حتى تتم عملية التسخين بشكل كامل داخل السخان.

اقرأ أيضًا: أنواع محطات الطاقة الشمسية

كيفية عمل سخان المياه بالطاقة الشمسية

يلجأ البعض إلى تلك الطريقة فقط من أجل التقليل من الأموال المدفوعة في الكهرباء لتسخين المياه، ففي الطريقة التي تم عرضها بالإجابة عن كيف تعمل الطاقة الشمسية لتسخين الماء تُركب المجمعات على سطح المنزل بطريقة مثالية ومرتبة، بحيث تلتقي جميعًا بأشعة الشمس، لتقوم تلك المجمعات بنقل الحرارة إلى الماء.

كذلك يوجد 3 أنواع من المجمعات الحرارية التي يتم عن طريقها نقل حرارة الشمس المرتفعة إلى الماء، وهما “الألواح المسطحة، أنابيب مفرغة، الأنابيب الحرارية” وفيما يلي نوضح طبيعة عمل كل نوع من تلك الأنواع:

1- سخان الأنابيب الحرارية

يعد أبسط الأنواع المُتاحة، والتي يُمكن أن يتم وصفها بالدبابة، ويتم به التسخين والتخزين في خطوة واحدة، ويمكن أن يتم من خلاله تسخين المياه بالقدر الذي يكفي حاجة المستهلك، للاستغناء به عن السخانات الكهربائية، وخاصةً في الفترة ما بعد الظهيرة، وفيما يلي مزاياه:

يُمكن أن يُقدم هذا النوع كمية المياه التي تتناسب مع 2 ـ 3 أفراد.
يجب غلق خزان التخزين، وذلك لأنها تخزن المياه طوال فترة الليل.
يجب أن تكون ثلث الأنابيب مكشوفة، ذلك لمنع حدوث عملية نقل الماء الساخن مرة أخرى إلى الغلاف الجوي نتيجة حدوث الإشعاع العكسي.

2- مجمع الأنابيب الفارغة

هذا النوع هو الأحدث نسبيًا، وطريقة العمل به لا تختلف عما تم ذكره في الرد على كيف تعمل الطاقة الشمسية لتسخين الماء، ولكنه يختلف من حيث الشكل الخارجي، وتلك الأنابيب تتكون من:

أنبوب حراري مُحاط بأنبوب زجاجي.
الأنبوب الزجاجي يتكون من طبقتين زجاج.
يوجد بين تلك الطبقات هواء يتم إخلاؤه.
يتم إجراء بعض الضغوطات على الأنبوب الحراري ليحدث التسخين سريعًا.
قد يظهر في هذا النوع فقاعات المياه، وتكون تلك إشارة تجميع المجمع الحرارة إلى أقصى ما يمكنه.
تمتص الماء تلك الحرارة المُجمعة لتتدفق عبر الأنابيب الداخلية.
نظام التدفئة به هش، ويُفضل اللجوء إلى تلك الطريقة في المناطق الباردة والتي تكون بها درجات الحرارة أقل من صفر.

3- السخان الشمسي المسطح

تم استخدامه على نطاق واسع بمنتصف القرن الـ 20، وما زال يُستخدم حتى وقتنا الحالي، ويتكون من مواد عالية الامتصاص، وشيت نحاسي يتصل بقنوات طويلة يمر من خلالها الماء.

يحيط هذا الغلاف المعدني حماية صلبة تساعد على الاحتفاظ بدرجة الحرارة التي تم تجميعها، ويؤمن عن طريق زجاج حراري يتوافق مع حجمه، ونظامه يدوم لفترة طويلة وذلك لأنه معدني.

بعض الأشخاص يرون أن تكلفة هذا السخان عالية، ولكن الجدير بالذكر أنه يعمل بصورة جيدة في المناطق الباردة ما دون الصفر، ولكن الأمر يتطلب حل إضافي وهو أن يكون مضاد للتجمد، لذا فإنه يحتاج إلى رفع معدل التكلفة الإجمالية.

مكونات الخلايا الشمسية

تتكون الخلايا الشمسية من عدة أجزاء هي ما ساعدت في تسخين الماء دون الحاجة إلى كهرباء، ولكل جزء منها مهمته الخاصة في عملية التسخين، وفيما يلي نستكمل الإجابة عن كيف تعمل الطاقة الشمسية لتسخين الماء بتوضيح مهمة كل جزء من تلك الأجزاء:

1- قطعة الجامع

الجامع في الخلايا الشمسية اسم تقني، يتخذ شكل اللوحة السوداء الكبيرة التي توجد على السطح، ويُمكن استبدالها بألواح أصغر حجمًا يتم وضعها على الأسطح، وللجامع نوعين، منه ما يُعرف باسم الأنبوب المسطح ومنه الإخلاء.

الأنابيب المفرغة منه تكون شكلها أكثر تطورًا من غيرها من الأشكال، حيث تعمل على جمع الحرارة من خلال ضوء الشمس، ومن ثم تتدفق تلك الحرارة إلى الجزء العلوي الذي تتدفق من خلاله الماء، ويقوم بحمل الحرارة عبر ذلك إلى الخزان، ويتم استخدامها.

2- خزان الماء الساخن

المكان الذي تتجمع به المياه الساخنة التي توجد في السقف، ويجب أن يتناسب حجم الخزان المُستخدم مع عدد مستخدميه، وهذا يتطلب زيادة حجم السخان كلما زاد عدد أفراد الأسرة.

3- المبادل الحراري

يتم نقل الحرارة إلى الخزان من المجمع، وذلك عن طريق المبادل الحراري والدائرة المنفصلة، ويتم تسخين الماء أو السائل المراد تسخينه بالحرارة التي قد تم جمعها عن طريق الأنابيب، اعتمادً على ملف نحاسي موجودة في السخان.

4- مضخة حرارية شمسية

تلك المضخة من شأنها دفع الماء بين كلٍ من المجمع والسخان، وفي بعض الأنظمة الحرارية الشمسية يتم استخدام مضخات تعمل بالطاقة الشمسية بدلًا من المضخات التي يتم بها استهلاك الكهرباء لتوفير الأموال، والمضخة التي تعتمد على الطاقة الشمسية تكون أكثر نشاطًا بالأيام التي تكون بها الشمس أكثر نشاطًا، وتقل بالأيام التي تكون بها قليلة النشاط.

5- نظام التحكم

نظام تعتمد عليه آلية العمل المذكورة بالرد على كيف تعمل الطاقة الشمسية لتسخين الماء، وذلك من خلال صمام يتم من خلاله إغلاق دائرة المياه بالأجواء الباردة.

مميزات سخانات المياه بالطاقة الشمسية

تلك السخانات لها العديد من المميزات التي جعلتها الأكثر استخدامًا من الكثير من الأشخاص، ومنها:

توفير الأموال الكثيرة التي يتم دفعها في السخانات الكهربائية.
يُقلل من البصمة الكربونية؛ مما يساهم في حماية الكوكب.
تكلفة صيانته تشتهر بكونها منخفضة.
تكاليف التشغيل أقل.
حوافز طاقة متجددة.
تكامل مع أنظمة تسخين محلية.
تكاليف بسيطة لتركيب الألواح الكهربائية.
كفاءة كل من المساحة والطاقة.

يجب عند اختيار هذا النظام التأكد من تناسب الموقع مع مساحة السطح والمقدار الذي يتم به سطوع الشمس، وتقدير المياه الساخنة التي تتطلبها يوميًا وما إذا كانت تتناسب مع كيفية عمل الطاقة الشمسية أم لا.